(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドの共振条件の検出に要する時間を短縮する。【解決手段】機能液を収容した圧力室に周期的外力を与えて前記機能液を前記圧力室内で共振させることにより前記機能液を前記圧力室に連通されたノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出方法は、前記機能液を収容した前記圧力室に瞬間的な外力を与えることにより前記ノズルから前記機能液を吐出させることなく前記ノズルの吐出口において前記機能液の液面の自由振動を発生させる振動発生ステップと、前記自由振動をしている前記機能液の液面の位置の時間的変化に基づいて、前記自由振動の周波数を前記周期的外力の周波数として検出する周波数検出ステップとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能液を収容した圧力室に周期的外力を与えて前記機能液を前記圧力室内で共振させることにより前記機能液を前記圧力室に連通されたノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出方法であって、
前記機能液を収容した前記圧力室に瞬間的な外力を与えることにより前記ノズルから前記機能液を吐出させることなく前記ノズルの吐出口において前記機能液の液面の自由振動を発生させる振動発生ステップと、
前記自由振動をしている前記機能液の液面の位置の時間的変化に基づいて、前記自由振動の周波数を前記周期的外力の周波数として検出する周波数検出ステップと、
を備える検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の共振条件の検出方法であって、
前記周波数検出ステップは、
前記吐出口から出没しつつ前記吐出口において前記自由振動をしている前記機能液の液面の時系列的な複数の画像を撮影する撮影ステップと、
前記時系列的な複数の画像から前記機能液の液面の位置の前記時間的変化を取得する変化取得ステップと、
を備える検出方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の共振条件の検出方法であって、
前記圧力室には、駆動信号を力学作用に変換することによって前記圧力室内の圧力を変化させる駆動部が付設されており、
前記振動発生ステップに先立って、前記瞬間的な外力を前記圧力室に与えるための前記駆動信号の条件を決定するステップをさらに備える検出方法。
【請求項４】
機能液を収容した圧力室に周期的外力を与えて前記機能液を前記圧力室内で共振させることにより前記機能液を前記圧力室に連通されたノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出装置であって、
前記機能液を収容した前記圧力室に瞬間的な外力を与えることにより前記ノズルから前記機能液を吐出させることなく前記ノズルの吐出口において前記機能液の液面の自由振動を発生させる振動発生部と、
前記自由振動をしている前記機能液の液面の位置の時間的変化を取得する変化取得部と、
前記機能液の液面の位置の前記時間的変化に基づいて、前記自由振動の周波数を前記周期的外力の周波数として検出する周波数検出部と、
を備える検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク、医療用の薬剤を含む機能液その他の機能液を、インクジェット方式により液滴として吐出する液滴吐出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式の液滴吐出装置は、圧電素子などのアクチュエータによってインクジェットヘッド内部の圧力室に周期的外力を与えて、圧力室を拡大、収縮させることにより、圧力室に連通接続されたノズルから圧力室に収容されたインク等の機能液を吐出する。
【０００３】
このような液滴吐出装置では、圧力室の形状により定まる圧力室の固有振動周期と、機能液中の音速とに適合する振動周期でアクチュエータを駆動して圧力室内の機能液を共振させることによって、少ないエネルギーで機能液の吐出速度を上げるとともに、機能液の吐出量を増大させている。
【０００４】
圧力室の形状や機能液中の音速が判らない場合には、圧力室内の機能液を共振させ得る圧電素子の駆動信号の周波数などの共振条件を、圧力室の形状や機能液中の音速から求めることができない。しかし、機能液中の音速を実測することは容易ではなく、また、圧力室の形状情報も入手できるとは限らない。
【０００５】
このため、圧力室内で機能液を共振させ得る共振条件を、圧力室の形状情報や機能液中の音速を用いることなく検出することによって、効率的な機能液の吐出や、機能液の劣化判定や、圧電素子等の接着不良の検出などを行う技術が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１のインクジェット装置は、駆動信号を増幅して圧電素子に供給することで圧力室内のインクをノズルから吐出させる通常駆動用の増幅回路の他に、検査用の増幅回路を備える。検査用の増幅回路は、駆動信号を増幅して圧電素子に供給し、圧電素子からの応答信号を正帰還させることにより、インクを収容した圧力室を自励発振させる検査用の振動系を構成する。該装置は、インクを収容した圧力室を検査用の振動系によって自励発振させたときに圧電素子が発生する電気信号の発振周波数を測定する。該発振周波数の測定処理が、駆動信号の周波数を掃引しつつ、初期状態のインクと、劣化度合いが不明なインクとのそれぞれに対して行われることにより、それぞれのインクについて共振先鋭度と駆動信号の周波数との関係（共振周波数データ）がそれぞれ求められる。そして、それぞれの共振周波数データにおいて共振先鋭度が最も高い周波数同士のずれ量に基づいてインクの劣化の有無が判定される。
【０００７】
特許文献２のインクジェットヘッドの製造方法では、隣り合う圧力室が圧電素子壁で互いに仕切られた複数の圧力室を備えるインクジェットヘッドに対して、複数の圧力室のうち２つの圧力室を選択し、選択した圧力室にそれぞれ設けられた端子間にインピーダンスアナライザを挿入して、周波数を掃引しながら測定信号を出力し、測定信号に対する応答信号の波形から圧電回路の反共振周波数を測定する。該反共振周波数の測定が、複数の圧力室から選択される２つの圧力室の組み合わせを変えつつ順次行われることにより、複数の反共振周波数が測定される。そして、測定された複数の反共振周波数に所定のばらつきが有れば、検査したインクジェットヘッドには圧電素子壁の接着不良があると判定される。
【０００８】
特許文献３のインクジェットヘッドの調整方法では、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を掃引しつつ、実際に吐出されるインクの飛翔速度を測定して飛翔速度が速くなるよう駆動信号の周波数を調整することによって、圧力室の寸法誤差による固有振動数のずれに関わらず共振を利用したインクの吐出を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３１９７０６号公報
【特許文献２】特開２００９−１２３０１号公報
【特許文献３】特開２００３−２９１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３の技術においては、アクチュエータの駆動信号の周波数、すなわち圧力室に与えられる外力の周波数を掃引することにより共振条件が検出されるので、共振条件を検出するための所要時間が増大するといった問題がある。
【００１１】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、インクジェット方式により機能液を圧力室内で共振させてノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出に要する時間を短縮できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、第１の態様に係る検出方法は、機能液を収容した圧力室に周期的外力を与えて前記機能液を前記圧力室内で共振させることにより前記機能液を前記圧力室に連通されたノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出方法であって、前記機能液を収容した前記圧力室に瞬間的な外力を与えることにより前記ノズルから前記機能液を吐出させることなく前記ノズルの吐出口において前記機能液の液面の自由振動を発生させる振動発生ステップと、前記自由振動をしている前記機能液の液面の位置の時間的変化に基づいて、前記自由振動の周波数を前記周期的外力の周波数として検出する周波数検出ステップとを備える。
【００１３】
第２の態様に係る検出方法は、第１の態様に係る共振条件の検出方法であって、前記周波数検出ステップは、前記吐出口から出没しつつ前記吐出口において前記自由振動をしている前記機能液の液面の時系列的な複数の画像を撮影する撮影ステップと、前記時系列的な複数の画像から前記機能液の液面の位置の前記時間的変化を取得する変化取得ステップとを備える。
【００１４】
第３の態様に係る検出方法は、第１または第２の態様に係る共振条件の検出方法であって、前記圧力室には、駆動信号を力学作用に変換することによって前記圧力室内の圧力を変化させる駆動部が付設されており、前記振動発生ステップに先立って、前記瞬間的な外力を前記圧力室に与えるための前記駆動信号の条件を決定するステップをさらに備える。
【００１５】
第４の態様に係る検出方法は、機能液を収容した圧力室に周期的外力を与えて前記機能液を前記圧力室内で共振させることにより前記機能液を前記圧力室に連通されたノズルから吐出する液滴吐出ヘッドの共振条件の検出装置であって、前記機能液を収容した前記圧力室に瞬間的な外力を与えることにより前記ノズルから前記機能液を吐出させることなく前記ノズルの吐出口において前記機能液の液面の自由振動を発生させる振動発生部と、前記自由振動をしている前記機能液の液面の位置の時間的変化を取得する変化取得部と、前記機能液の液面の位置の前記時間的変化に基づいて、前記自由振動の周波数を前記周期的外力の周波数として検出する周波数検出部とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
第１から第４の何れの態様に係る発明によっても、機能液を収容した液滴吐出ヘッドの圧力室に瞬間的な外力を与えることによりノズルから機能液を吐出させることなくノズルの吐出口において機能液の液面の自由振動を発生させる。そして、周期的外力を圧力室に与えて機能液を圧力室内で共振させることにより機能液をノズルから吐出させる液滴吐出ヘッドの通常の駆動における共振条件、すなわち、当該周期的外力の周波数として、当該自由振動の周波数が検出される。従って、液滴吐出ヘッドの共振条件が、液滴吐出ヘッドの圧力室に与える外力の周波数を掃引することなく検出されるので、共振条件の検出に要する時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る検出方法の適用対象となる液滴吐出ヘッドの内部構造の一例の概略を示す図である。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドにおけるノズルの配設例を示す図である。
【図３】実施形態に係る検出方法のフローチャートの一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る検出方法のフローチャートの一例を示す図である。
【図５】液滴として吐出されている機能液の時系列的な複数の画像の一例を示す図である。
【図６】共振条件の検出に用いられる検出用駆動信号の例を示す図である。
【図７】ノズルの吐出口で自由振動する機能液の液面の時系列的な複数の画像の一例を示す図である。
【図８】共振条件の検出結果から設定された駆動信号の一例を示す図である。
【図９】実施形態に係る検出方法を実施するための検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、例えば、各図面における表示物のサイズおよび位置関係等は必ずしも正確に図示されたものではない。また、一部の図面には、方向を説明するためにＸＹＺの直交座標系の座標軸が附されている。
【００１９】
＜実施形態＞
＜１．共振条件の検出方法が適用される液滴吐出ヘッドの構成＞
図１は、実施形態に係る検出方法の適用対象となる機能液吐出ヘッドの一例として液滴吐出ヘッド１１の内部構造の概略を示す図である。図２は、液滴吐出ヘッド１１のノズル板６７のノズル面１４における複数のノズル１２の配設例を示す図である。図１には、図２に示される複数のノズル１２のうち一つにおいて液滴吐出ヘッド１１を切断した断面図が示されている。
【００２０】
液滴吐出ヘッド１１を備える図示しない液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１１を用いてインクジェット方式によってインク、薬剤を含む薬液その他の機能液を微滴化して微小液滴を生成し、液滴として紙、樹脂フィルムなどの基材に吐出する。液滴吐出ヘッド１１は、当該液滴吐出装置から周期的に電圧が変化する駆動信号を内部の圧電素子６２（「アクチュエータ」）に供給される。これにより、圧力室６５には周期的外力が与えられ、圧力室６５に収容された機能液９５は、圧力室６５に連通されたノズル１２から微小な液滴９９として吐出される。
【００２１】
機能液９５を吐出する際に、液滴吐出ヘッド１１は、機能液９５を圧力室６５内で共振させることにより、少ないエネルギーで多量の機能液９５をノズル１２から吐出することができる。機能液９５が圧力室６５内で共振するための駆動信号の周波数は、共振条件として、後述する実施形態に係る検出方法により、予め検出されている。また、液滴９９を所望の飛翔速度で吐出させるための駆動信号の電圧値も、液滴９９の飛翔を実測することなどにより予め検出されている。検出された周波数および電圧値は、液滴吐出ヘッド１１の駆動条件として液滴吐出装置に記憶されている。液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１１を駆動する際に、記憶された駆動条件を用いる。
【００２２】
液滴吐出ヘッド１１の内部構造は、例えば特開２００９−２３３３４号公報に開示されるのと同様のものである。液滴吐出ヘッド１１としては、例えば、駆動方式が積層ピエゾドロップオンデマンド方式のインクジェットヘッド（例えば、リコープリンティングシステムズ株式会社製の製品型名「ＧＥＮ４」）などが採用される。
【００２３】
図２に示されるように、液滴吐出ヘッド１１のノズル板６７のノズル面１４には、各列毎に１９２個のノズル１２が所定ピッチでノズル面１４の長手方向に配列された２列のノズル列１３が設けられている。ノズル面１４のうち各ノズル列１３を含む所定幅の部分には撥水層１６がノズル面１４の長手方向に沿って形成されている。
【００２４】
図１に示されるように、液滴吐出ヘッド１１は、共通液室６４を形成したフレーム６１と、圧力室６５および連通口６８を形成した流路板６６と、ノズル１２を形成するノズル板６７と、ダイヤフラム部６３ａを有する振動板６３と、振動板６３のダイヤフラム部６３ａに接合された圧電素子６２と、圧電素子６２を固定するベース６０とを主に備えて構成されている。
【００２５】
ベース６０は、液滴吐出ヘッド１１に固定設置されており、圧電素子６２が装着される。圧電素子６２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電素子を複数積層した積層型の圧電素子である。振動板６３は、ダイヤフラム部６３ａを有しており、そのダイヤフラム部６３ａが島状凸部を介して圧電素子６２と接合されている。
【００２６】
フレーム６１は、樹脂材料にて形成されており、共通液室６４を有する。共通液室６４には図示省略の機能液供給口が形設されており、当該機能液供給口を介して共通液室６４内に機能液９５が供給されて収容されている。流路板６６は、圧力室６５および連通口６８を有する。圧力室６５は、振動板６３の開口部を介して共通液室６４と連通されている。圧力室６５には振動板６３のダイヤフラム部６３ａが面している。
【００２７】
ノズル板６７には、機能液９５の液滴９９を吐出するための微細な吐出口１７を有するノズル１２が穿設されている。ノズル１２は、連通口６８を介して、圧力室６５と連通接続されており、その内部形状はホーン形状とされている。
【００２８】
図１のような構成を備える液滴吐出ヘッド１１において、共通液室６４から圧力室６５に機能液９５を充填しつつ、圧電素子６２に所定の波形の電圧を印加して積層方向の変位を生じさせることにより、ダイヤフラム部６３ａを介して圧力室６５内の機能液９５が加圧されて液圧が上昇する。その結果、ノズル１２の吐出口１７から機能液９５の微小な液滴９９が吐出される。圧電素子６２に電圧が印加されていない場合は、機能液９５は、吐出口１７から吐出されず、機能液９５の液面９７は、吐出口１７において機能液９５の粘度や吐出口１７部の撥水力等に応じた形状のメニスカスを形成している。圧電素子６２への電圧の印加の開始および停止のタイミング、印加の周期および印加電圧値は、液滴吐出装置に記憶されている駆動条件に従って、液滴吐出装置が備える液滴吐出ヘッド駆動回路によって制御される。
【００２９】
換言すれば、圧力室６５には、電気的な駆動信号を力学動作に変換することによって圧力室６５内の圧力を変化させる駆動部として、圧電素子６２と振動板６３との組み合わせが付設されていることになる。
【００３０】
なお、液滴吐出ヘッド１１の周囲には、温水管やヒータなどにより構成された図示しない温調部が付設されている。当該温調部は、温度変化により機能液９５の粘度および表面張力が変化してノズル１２の吐出口１７に形成される機能液９５のメニスカスが変化し、ノズル１２から噴出される液滴９９の量が変化することを防止するために設けられている。
【００３１】
＜２．共振条件の検出方法＞
図３および図４は、実施形態に係る共振条件の検出方法の一例のフローチャートを示す図である。当該検出方法は、例えば、機能液９５を使用する液滴吐出ヘッド１１を搭載する液滴吐出装置の開発段階などにおいて、液滴吐出ヘッド１１を搭載する液滴吐出装置の量産に先立ち、液滴吐出ヘッド１１の単体を検出対象として、例えば、後述する検出装置１００（図９）などを用いて実施される。共振条件は、機能液９５の粘度や、液滴吐出ヘッド１１の圧力室６５の形状などに応じて変動する。このため、実施形態に係る検出方法は、通常、液滴吐出ヘッド１１と機能液９５との組み合わせ毎に行われる。検出された共振条件は、予め検出された液滴９９の所望の飛翔速度を実現する電圧値などとともに、出荷される液滴吐出装置のメモリなどに記憶される。
【００３２】
以下に、図３および図４のフローチャートに従って、当該検出方法について説明する。図３に示されるように、先ず、機能液９５を圧力室６５で共振させる共振条件の検出時に検出対象の液滴吐出ヘッド１１の圧電素子６２（アクチュエータ）に印加する駆動信号（「検出用駆動信号」）の最大の電圧（駆動電圧）が決定される（ステップＳ１１０）。この決定は、共振条件の検出時に液滴吐出ヘッド１１の圧力室６５に与える外力の決定に相当する。検出用駆動信号の最大の電圧は、機能液９５が、ノズル１２の吐出口１７から液滴９９として離間して吐出されることのない電圧である必要がある。
【００３３】
もっとも、そのような外力は力の値として直接に決定される必要はなく、そのような外力（共振条件の検出用の瞬間的な外力）を圧力室６５に与えるための、圧電素子６２の駆動条件（より具体的には圧電素子６２の駆動電圧）を決定すれば足りる。
【００３４】
図５は、液滴９９として吐出されていく過程における機能液９５の時系列的な複数の画像の一例を模式的に示す図である。ステップＳ１１０の電圧の決定は、例えば、図５に示されるように機能液９５が液滴９９として吐出されていく過程の画像に基づいて行われる。図５においては、圧電素子６２への駆動信号の印加の開始後に、機能液９５がノズル１２の吐出口１７から吐出され始めてから液滴９９としてノズル面１４から離間して吐出されるまでの画像が、１マイクロ秒毎に、時系列順に並べて表示されている。該画像の撮影は、光軸方向が液滴９９の吐出方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に沿った撮影光学系を有するカメラなどの撮影装置とＬＥＤストロボとを用いたストロボ撮影などにより行われる。ノズル面１４は、Ｘ軸方向に沿って直線状に撮影されている。図５の例では、１マイクロ秒ごとに撮影時刻がずれた複数の画像が撮影がされているが、機能液９５が液滴９９としてノズル面１４から離間して吐出されるか否かが観察されれば、どのような撮影間隔でも良い。また、圧電素子６２に与えられる駆動信号は、周期的な信号であっても、単発のパルス信号であっても良い。
【００３５】
図３のステップＳ１１０の駆動信号の検出用駆動信号の電圧の決定においては、例えば、先ず、シミュレーションなどにより、機能液９５が液滴９９としてノズル面１４から完全に離間して吐出されることのない圧電素子６２の駆動信号の電圧が算定される。そして、算定された電圧を含む所定範囲の区間で駆動信号の複数の電圧が掃引され、該掃引過程の各電圧に対して図５の画像の撮影と同様に、機能液９５の時系列的な複数の画像がそれぞれ撮影される。そして、各電圧に対してそれぞれ撮影された時系列的な複数の画像に基づいて、機能液９５が液滴９９として吐出されなくなる臨界電圧が特定され、特定された臨界電圧以下の電圧が、共振条件の検出用駆動信号の最大の電圧として決定される。
【００３６】
なお、検出用駆動信号の最大電圧の決定において、電圧を掃引することは、必須ではない。例えば、シミュレーションにより算定した電圧で図５の例と同様に機能液９５の時系列的な複数の画像を撮影して機能液９５が液滴９９としてノズル面１４から完全に離間して吐出されないことを確認し、確認された電圧を検出用駆動信号の最大電圧としてもよい。また、シミュレーションのみにより検出用駆動信号の電圧を決定してもよい。
【００３７】
また、機能液９５を液滴９９として記録媒体上に吐出する通常の駆動用の駆動信号の最大の電圧Ｖｃ（図８）の決定も、図５と同様の時系列的な複数の画像から算定される液滴９９の飛翔速度が、例えば、７ｍ／秒などの所望の速度となるように駆動信号の電圧を調整することなどにより行われる。
【００３８】
図３のステップＳ１１０にて検出用駆動信号の最大の電圧が決定されると、当該電圧を電圧の最大値とする検出用駆動信号が圧電素子６２に供給されて圧電素子６２が変形し、機能液９５を収容した圧力室６５に瞬間的な外力が与えられる。これにより、機能液９５をノズル１２から吐出させることなく機能液９５の液面９７をノズル１２の吐出口１７において自由振動させる振動発生処理が行われる（ステップＳ１２０）。換言すれば、機能液９５の連続性を維持しつつ、重力および機能液９５の表面張力の協働により、機能液９５の液面がノズル１２の吐出口（先端開口）から出没するような自由振動を発生させる。
【００３９】
図６は、共振条件の検出において図３のステップＳ１２０で液面９７の自由振動を発生させるために圧電素子６２に供給される検出用駆動信号の２つの例を示す図であり、２つの例として検出用駆動信号Ｓ１およびＳ２が、同一の時間スケールでそれぞれ示されている。検出用駆動信号Ｓ１およびＳ２の、それぞれの最大の電圧Ｖｂは、ステップＳ１１０において決定された検出用駆動信号の最大の電圧である。
【００４０】
検出用駆動信号Ｓ１およびＳ２の立ち下がり時間Ｔｂは、圧力室６５内で機能液９５が共振する周期（「共振周期」とも称される）の推定値の、例えば、１／２以下の時間など共振周期に比べて十分に短い時間に設定される。共振周期の推定値は、圧力室６５の形状および機能液９５の粘度などに基づいたシミュレーションなどによって推定される。
【００４１】
検出用駆動信号Ｓ１（Ｓ２）の立ち下がりに応じて圧電素子６２は瞬間的に変形し、圧力室６５に瞬間的な外力、すなわち衝撃が与えられる。検出用駆動信号Ｓ１（Ｓ２）の最大の電圧Ｖｂは、検出用駆動信号Ｓ１（Ｓ２）の圧電素子６２への印加によっては、機能液９５が液滴９９としてノズル面１４から離間して吐出されることのない電圧値に設定されている。従って、圧力室６５に当該瞬間的な外力（衝撃）が与えられることにより、圧力室６５内で機能液９５が共振する。そして、ノズル１２の吐出口１７においてメニスカスを形成している機能液９５の液面９７は、吐出口１７において共振周期での自由振動を行う。
【００４２】
当該自由振動をしている機能液９５の液面９７の位置の時間的変化が、例えば液面９７の画像の撮影や、レーザー変位計などを用いて測定されることにより、当該自由振動の周波数（共振周波数）が検出される。なお、当該自由振動の周波数は、機能液９５をノズル１２から液滴９９として吐出させる液滴吐出ヘッド１１の通常の駆動における駆動信号の周波数、すなわち通常の駆動において圧力室６５に与えられる周期的外力の周波数として検出される（ステップＳ１３０）。
【００４３】
検出用駆動信号Ｓ１およびＳ２のように、圧力室６５に当該瞬間的な外力を与えることができる検出用駆動信号であれば、機能液９５の液面９７をノズル１２の吐出口１７において自由振動させ得る。従って、検出用駆動信号の周期としては、任意の周期が採用され得る。また、検出用駆動信号の立ち上がり部分、または検出用駆動信号の一つのパルスにおける一対の立ち上がり部分と立ち下がり部分とに応じて圧力室６５に瞬間的な外力が与えられて液面９７が自由振動し、当該自由振動から共振周波数が検出されてもよい。
【００４４】
また、共振周波数を検出するための自由振動の発生においては、圧電素子６２の変形によって圧力室６５に瞬間的な外力が与えられることは、必須ではない。例えば、打撃機構が与える打撃などによって圧力室６５に瞬間的な外力が与えられてもよい。
【００４５】
図３のステップＳ１３０の処理について、図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、図４のフローチャートは、自由振動をしている機能液９５の液面９７の位置の時間的変化が、液面９７の画像の撮影により測定される場合のものである。
【００４６】
ステップＳ１３０の処理において、先ず、自由振動している液面９７の時系列的な複数の画像の撮影が行われる（ステップＳ２１０）。
【００４７】
図７は、ノズル１２の吐出口１７で自由振動する機能液９５の液面９７の時系列的な複数の画像の一例を示す図である。当該自由振動においては、液面９７がノズル面１４よりも下側（＋Ｚ側）に凸のメニスカスを形成する動作と、液面９７がノズル面１４よりも上側に凸のメニスカスを形成する動作とが、共振周期Ｔｒ（図７、図８）の半分の時間で交互に繰り返される。前者の動作では、液面９７がノズル面１４と重なった状態から時間の経過とともに液面９７のメニスカスが徐々に変化して液面９７の頂点が、徐々に下向き（＋Ｚ方向）に変位した後、機能液９５が液滴９９として吐出される前に、液面９７の頂点が、徐々に上向き（−Ｚ方向）に変位していき、再びノズル面１４と重なる。後者の動作では、液面９７がノズル面１４と重なった状態から、液面９７の頂点が上向き（−Ｚ方向）に変位を続けた後、下向き（＋Ｚ方向）への変位を開始して、液面９７が再びノズル面１４と重なる。
【００４８】
図７においては、機能液９５の液面９７がノズル１２の吐出口１７において自由振動し、ノズル面１４よりも下側（＋Ｚ側）に液面９７が現れるときの画像が、光軸方向がＹ軸方向に沿った撮影光学系を有するカメラなどの撮影装置とＬＥＤストロボとを用いたストロボ撮影などによって撮影されている。撮影された各画像は、１マイクロ秒毎に、時系列順に並べて表示されている。
【００４９】
図４のステップＳ２１０において、自由振動している液面９７の時系列的な複数の画像が撮影されると、画像処理により画像中の液面９７の頂点座標が取得されることなどによって、撮影された時系列的な各画像において、例えば、液面９７の頂点部分など液面９７の所定部分の位置の時間的変化が取得される（ステップＳ２２０）。
【００５０】
そして、取得された液面９７の当該所定部分の位置の時間的変化情報に基づいて、時間に対する当該所定部分の位置の変化を表す曲線が、適当な関数（三角関数など）でフィッティングされて特定される。そして、例えば、フィッティングされた曲線（関数）と、基準線となるノズル面１４の像との位置関係などに基づいて、ノイズや測定誤差の影響が低減された自由振動の周期（または周波数）、すなわち、図７の共振周期Ｔｒ（または共振周波数）が検出される（ステップＳ２３０）。図７の例では共振周期Ｔｒは、１４マイクロ秒となる。共振周期Ｔｒは、機能液９５を収容した圧力室６５に周期的外力を与えて機能液９５を圧力室６５内で共振させることにより機能液９５をノズル１２から吐出する液滴吐出ヘッド１１の共振条件として検出される。また、所定の関数によるフィッティングが用いられるので共振周期の半周期分のデータしか得られない場合でも、精度良く共振条件が検出される。
【００５１】
図８は、共振条件の検出結果から設定された駆動信号Ｓ３の一部を例示する図である。駆動信号Ｓ３の最大の電圧Ｖｃは、所望の飛翔速度で液滴９９をノズル１２から吐出させ得る電圧である。また、図８に示されるように駆動信号Ｓ３の周期は、共振周期Ｔｒに設定されている。駆動信号Ｓ３が供給されることによって、液滴吐出ヘッド１１は、検出された共振周波数で圧電素子６２を駆動して圧力室６５内で機能液９５を共振させることにより、少ないエネルギーで機能液９５の吐出速度を上げるとともに、機能液９５の吐出量を増大させることができる。
【００５２】
また、圧力室６５に当該瞬間的な外力（衝撃）が与えられることによって、共振周波数、すなわち、液滴吐出ヘッドの共振条件が、液滴吐出ヘッドの圧力室に与える外力の周波数を掃引することなく検出されるので、共振条件の検出に要する時間が短縮される。
【００５３】
＜３．検査装置の構成＞
図９は、実施形態に係る検出方法を実施するための検出装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図９に示されるように、検出装置１００は、ＰＣ（パーソナルコンピューター）２１、液滴吐出ヘッド駆動回路２３、ＬＥＤストロボ発光回路２５、ＬＥＤ２７、およびデジタルカメラ２９を主に備えて構成される。検出装置１００には、機能液９５を圧力室６５内で共振させるための共振条件の検出対象となる液滴吐出ヘッド１１が所定位置にセットされている。
【００５４】
液滴吐出ヘッド駆動回路２３は、好ましくは、液滴吐出ヘッド１１を搭載する液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド駆動回路と同じ駆動回路により構成され、駆動信号３２を液滴吐出ヘッド１１に供給して液滴吐出ヘッド１１の圧電素子６２を駆動する。駆動信号３２の供給の開始および停止のタイミングや、駆動信号３２の波形、すなわち、圧電素子６２への電圧の印加の開始および停止のタイミング、印加の周期および印加電圧値などは、ＰＣ２１から液滴吐出ヘッド駆動回路２３に供給される設定コマンド３１により設定される。また、駆動信号３２の出力の開始および停止も設定コマンド３１により制御される。
【００５５】
駆動信号３２としては、図６に示された検出用駆動信号Ｓ１またはＳ２などの圧電素子６２を変形させて圧力室６５に瞬間的な外力を与えることができる信号が採用される。従って駆動信号３２を供給された液滴吐出ヘッド１１においては、圧力室６５に当該瞬間的な外力が与えられることにより、圧力室６５内で機能液９５が共振し、ノズル１２の吐出口１７においてメニスカスを形成している機能液９５の液面９７が、吐出口１７において共振周期での自由振動を行う。すなわち、液滴吐出ヘッド駆動回路２３は、圧電素子６２により圧力室６５に瞬間的な外力を与えることによりノズル１２の吐出口１７において液面９７を自由振動させる振動発生部として動作する。また、液滴吐出ヘッド駆動回路２３からは駆動信号３２の出力に同期する同期信号３３がＬＥＤストロボ発光回路２５およびデジタルカメラ２９にそれぞれ供給される。
【００５６】
また、検出装置１００は、機能液９５を圧力室６５内で共振させるための共振条件の検出処理において圧電素子６２に供給される検出用駆動信号の最大の電圧Ｖｂ（図６）の決定処理や、通常の駆動時に所望の飛翔速度で液滴９９を吐出させるために圧電素子６２に供給される駆動信号の最大の電圧Ｖｃ（図８）の決定処理にも使用される。この場合には、各処理に応じた駆動信号３２が液滴吐出ヘッド駆動回路２３から出力される。
【００５７】
ＬＥＤストロボ発光回路２５は、駆動電流３５をＬＥＤ２７に供給してＬＥＤ２７を発光させる。ＬＥＤストロボ発光回路２５には、液滴吐出ヘッド駆動回路２３から同期信号３３が供給されるとともに、ＰＣ２１から遅延制御信号３４が供給されている。遅延制御信号３４は、同期信号３３に対する駆動電流３５の供給の遅延時間を設定する信号である。遅延制御信号３４は、ノズル１２の吐出口１７において自由振動している機能液９５の液面９７についての時系列的な複数の画像３８の撮影において、時間的に最初に撮影された画像の撮影時刻に対する他の各画像の撮影時刻の所定の遅れ時間などに基づいてＰＣ２１により設定される。遅延制御信号３４の設定においては、駆動信号３２に対する同期信号３３の同期の態様や、駆動電流３５に対するＬＥＤ２７の発光遅れも反映される。
【００５８】
ＬＥＤ２７は、ＬＥＤストロボ発光回路２５からの駆動電流３５の供給開始に応じて駆動電流３５の電流に応じた光量で発光を開始し、駆動電流３５の供給の終了に応じて発光を終了する。
【００５９】
デジタルカメラ２９は、液滴吐出ヘッド駆動回路２３からレリーズ端子に供給された同期信号３３に応じて、液滴吐出ヘッド１１および機能液９５を撮影するための撮影動作を行う。デジタルカメラ２９のシャッター速度や撮影感度などは、ＰＣ２１から供給される制御信号３７によって予め設定されている。
【００６０】
デジタルカメラ２９のシャッター速度は、ＬＥＤ２７の発光時間に対して十分に長く設定されている。従って、デジタルカメラ２９の撮影開始後から終了時までの期間にＬＥＤ２７が発光すれば、遅延制御信号３４によりＬＥＤ２７の発光タイミングが変動したとしても、ＬＥＤ２７の発光により照射された機能液９５や液滴吐出ヘッド１１などの被写体の画像を撮影できる。
【００６１】
デジタルカメラ２９が、ノズル１２の吐出口１７において自由振動する機能液９５の時系列的な複数の画像３８を撮影する場合には、各画像の撮影毎に同じタイミングで液面９７の自由振動を発生させるとともに、各画像の撮影毎にデジタルカメラ２９の撮影タイミングに対してＬＥＤ２７の発光タイミングを変えることにより撮影が行われる。
【００６２】
具体的には、先ず、液滴吐出ヘッド１１への駆動信号３２の供給に応じてノズル１２の吐出口１７における機能液９５の液面９７が自由振動を開始する。また、駆動信号３２の供給に応じてデジタルカメラ２９に同期信号３３が供給され、デジタルカメラ２９は、制御信号３７により予め設定された撮影条件に従って、撮影動作を開始する。ＬＥＤストロボ発光回路２５は、同期信号３３を供給された後、遅延制御信号３４により予め設定された時間だけ遅れたタイミングでＬＥＤ２７に駆動電流３５を供給し、ＬＥＤ２７を発光させる。ＬＥＤ２７から発光された光は、自由振動している液面９７および液滴吐出ヘッド１１の表面で反射されてデジタルカメラ２９の撮影光学系に入射して撮像素子に結像される。撮像素子に結像された光は、撮像素子により電気信号に変換されて液面９７などの被写体の一枚の画像が生成される。また、デジタルカメラ２９の撮影動作は、撮影開始時点に対する所定のタイミングで終了される。撮影された画像は、時系列的な複数の画像３８のうち一枚の画像となる。そして、ＰＣ２１によって、遅延制御信号３４により規定されるＬＥＤ２７の発光の遅延時間が、各画像毎に所定の間隔でずらされつつ、上述した撮影動作が短時間に連続して所定回数繰り返されることにより、時系列的な複数の画像３８が撮影される。この撮影手順により、時系列的な複数の画像３８における時間的な撮影間隔が、例えば、１マイクロ秒間隔などの短時間に設定されたとしても、安価なデジタルカメラ（またはデジタルビデオカメラ）をデジタルカメラ２９として用いて、複数の画像３８を撮影することができる。
【００６３】
また、デジタルカメラ２９として例えば、ロータリーミラー方式やビームスプリッタ方式などの高速度カメラを採用し、タイミングパルスジェネレータからの連続パルス信号によりＬＥＤ２７の発光とデジタルカメラ２９の撮影とを同期させることによって、時系列的な複数の画像３８の各画像が、所定のずらし時間間隔で連続的に撮影されてもよい。
【００６４】
ＰＣ２１は、設定コマンド３１、遅延制御信号３４、および制御信号３７を供給することにより検出装置１００の各部を制御するとともに、機能液９５の液面９７が自由振動する挙動が撮影された時系列的な複数の画像３８を供給される。ＰＣ２１は、当該複数の画像３８を、図４のフローチャートなどを参照しつつ既述した手法で処理することにより、自由振動している機能液９５の液面９７の位置の時間的変化を取得する変化取得部として動作する。また、ＰＣ２１は、取得した当該時間的変化に基づいて液面９７の自由振動の周波数を、機能液９５をノズル１２から吐出させる通常の液滴吐出ヘッド１１の駆動において圧力室６５に与えられる周期的外力の周波数として検出する周波数検出部としても動作する。
【００６５】
以上のように説明した本実施形態に係る検出方法によれば、機能液を収容した液滴吐出ヘッドの圧力室に瞬間的な外力を与えることによりノズルから機能液を吐出させることなくノズルの吐出口において機能液の液面の自由振動を発生させる。そして、周期的外力を圧力室に与えて機能液を圧力室内で共振させることにより機能液をノズルから吐出させる液滴吐出ヘッドの通常の駆動における共振条件、すなわち、当該周期的外力の周波数として、当該自由振動の周波数が検出される。従って、液滴吐出ヘッドの共振条件が、液滴吐出ヘッドの圧力室に与える外力の周波数を掃引することなく検出されるので、共振条件の検出に要する時間が短縮される。
【００６６】
また、以上のように説明した本実施形態に係る検出方法によれば、ノズル１２の吐出口１７において自由振動をしている機能液９５の液面９７の時系列的な複数の画像３８が撮影されて、当該複数の画像から機能液９５の液面９７の位置の時間的変化が取得される。そして、取得された液面９７の位置の時間的変化に基づいて、共振条件が検出されるので、一般的なデジタルカメラなどを用いて安価に構成された検出装置１００によっても共振条件が検出される。
【００６７】
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  検出装置
１１  液滴吐出ヘッド
１２  ノズル
６２  圧電素子（アクチュエータ）
６５  圧力室
９５  機能液
９７  液面
９９  液滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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